JP2523060B2 - 線形増幅器帰還ル―プ用利得／位相補正 - Google Patents

線形増幅器帰還ル―プ用利得／位相補正

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一般にスペクトル効率の高いデジタル変調
システムに関し、さらに詳しくは帰還搬送周波数（CF:C
arrier−Frequency）増幅器用安定化回路に関する。
背景 線形搬送周波数増幅器（例えば、無線周波数（RF）増
幅器）とは、被変調搬送波信号の電力を増加し、しかも
信号の振幅および位相変調成分の両方を維持する増幅器
である。周波数変調（FM）の無線送信機で一般に用いら
れる飽和型RF増幅器は、信号の位相変調を維持するが、
振幅変調（AM）成分を除去するかあるいはかなり歪ませ
る。一般に、FM信号は一定の振幅を有し、そのため線形
増幅を必要としない。一方、将来のデジタル伝送システ
ムは送信信号の振幅変調および位相変調（PM）の両方を
必要とする。従って、このような信号を送信するため線
形増幅器が必要になる。
一般に、線形RF増幅器は帰還を利用して出力電力を制
御する。安定性を得るため（すなわち、発振しないよう
にするため）、帰還ループは、開ループ利得（すなわ
ち、一端でループか開放されている帰還ループ全体の利
得）がすべての周波数における利得よりも小さくなるよ
うな、利得／位相と周波数との特性を有していなければ
ならない。ただし、ループにおける位相シフトは中帯域
におけるそれと180度以上ずれているものとする。従来
のRF帰還ループは、搬送周波数においてＱ（すなわち、
ループのメリット率）の高い共振回路を用いてこのよう
な状態を実現していた。この方法には、寸法が大きい，
必要RF利得が高い，可能な開ループ利得量が制限される
など、いくつかの欠点があった。
発明の概要 本発明に従って、ベースバンド入力信号を受け取る入
力と、被変調搬送周波数の出力信号を与える出力とを有
する送信機が提供される。この送信機は、変調器と、被
変調搬送周波数の出力信号を与える線形増幅器とによっ
て構成される。
本発明の送信機は、出力と入力とに結合される帰還検
出器から成る帰還ループを含む。この帰還検出器は、出
力信号を受け取り、被検出ベースバンド帰還信号を生成
し、この帰還信号を入力に印加する。線形増幅器は、開
ループ利得を有する。
また、本発明の送信機は、安定化手段も含み、この安
定化手段は入力と線形増幅器とに結合され、すべての周
波数に対し線形増幅器の開ループ利得を１以下の値まで
低減し、帰還ループはベースバンド入力信号の位相を18
0度以上シフトとさせ、それにより発振を防ぐ。
図面の簡単な説明 添付図面は、本発明による線形増幅器用の帰還回路を示
す。
好適な実施例の詳細な説明 図面において、変調器142,線形増幅器143および帰還
回路を有する送信機100が示されている。同相ベースバ
ンド入力信号（Iin）は、演算増幅器106の正の入力102
に印加される。増幅器106は、入力信号Iinと負の入力10
4における信号との間の差を増幅する。増幅器106の出力
は、抵抗108を介して負の入力104に結合され、抵抗109
を介してローパス・フィルタ118に結合される。
ローパス・フィルタ118は積分器としても機能し、最
大利得は任意の抵抗126によって制限される。このロー
パス・フィルタは演算増幅器120を含み、この演算増幅
器は、増幅器106によって生成された被増幅ベースバン
ド信号を受け取るべく結合された反転入力端子124と、
接地電位に結合された非反転入力端子122とを有する。
増幅器120の出力は、コンデンサ128と並列の抵抗126を
介して反転入力端子124に結合され、積分機能を行な
う。
直交ベースバンド入力信号（Qin）は、演算増幅器114
の非反転入力110に印加される。増幅器114は、増幅器10
6と実質的に同様に動作する。さらに、増幅器114の出力
は、抵抗116を介して負の入力に結合され、これはまた
抵抗117を介してローパス・フィルタ130にも印加され
る。ローパス・フィルタ130は、ローパス・フィルタ118
と実質的に同じ構造および動作を有する。
ローパス・フィルタ118の出力は、従来の変調器142の
同相変調器入力144に印加される。ローパス・フィルタ1
30の出力は変調器142の直交変調器入力146に印加され
る。変調器142は、信号（Iin）および（Qin）を搬送周
波数と合成し、線形増幅器143は生成された低電力RF信
号を増幅して、アンテナ150により送信を行なう。
RF出力の一部は、帰還検出器154によってベースバン
ド周波数と合成される。減衰器152は、線形増幅器143の
出力と帰還検出154の入力との間に配置され、帰還の電
力レベルは出力信号の電力レベルよりも低くなる。帰還
検出器154は、被検出同相（Ｉ′）および直交（Ｑ′）
ベースバンド信号を生成し、これらの信号は増幅器106,
114の反転入力（104,112）にそれぞれ印加される。抵抗
103は、増幅器106の反転入力と帰還検出器154の同相出
力との間に設けられる。
同様に、抵抗111は、増幅器114の反転入力112と帰還
検出器154の直交出力との間に設けられる。検出された
Ｉ′およびＱ′信号は、増幅器106,114によって入力信
号IinおよびQinと位相をずらしてそれぞれ合成される。
そのため、増幅器106,114は、合成された同相および直
交信号を生成し、これらの信号は２つのローパス・フィ
ルタ118,130の反転入力にそれぞれ印加され、送信機100
に負の帰還ループを形成する。送信機回路100は、すべ
ての周波数（ただし、その周波数では開ループ位相シフ
トは180度に等しいか、それ以上である。）でその間ル
ープ利得が１以下の場合でも安定している。しかし、送
信機100の開ループ利得は通常１よりも大きい。これ
は、スプラッタ（splatter）低減（dB単位）は開ループ
利得（dB単位）から閉ループ利得（dB単位）を引いた値
にほぼ等しいので、開ループ利得をできるだけ高くする
ことが有利であるためである。変調器142および増幅器1
43内の同調回路および時間遅延は、変調器142および増
幅器143に位相シフトを生じさせ、これは周波数と共に
変化する。そのため、検出されたＩ′およびＱ′信号に
位相誤差が生じ、この誤差は周波数と共に増加する。ロ
ーパス・フィルタ118,130を挿入することにより、合成
された同相および直交信号の周波数が増加しても、送信
機100の開ループ利得は１以下に低減される。従って、
発振は防止される。
故に、帰還ループは２つのローパス・フィルタ118,13
0を用いて、帰還ループの利得／位相と周波数との間の
特性を制御する。フィルタ118,130は好適な実施例では
積分器であるが、他のローパス・フィルタ関数も用いる
こともできる。これにより、RF帰還ループは高RF利得を
必要とせずにローパス型帰還ループの柔軟性および性能
が得られる。任意の総合開ループ利得量は、RFではなく
ベースバンドにすることができる。

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ベースバンド入力信号を受信する入力と、
    搬送周波数の出力信号を導出する出力とを有する送信機
    において： 入力に結合され、前記ベースバンド入力信号を変調し、
    搬送周波数信号を生成する変調器； 前記変調器に結合され、前記搬送周波数信号を増幅し、
    前記搬送周波数の出力信号を生成する線形増幅器であっ
    て、開ループ利得を有する線形増幅器； 帰還検出器から成る帰還ループであって、前記搬送周波
    数の出力信号を受信すべく結合され、かつ、入力に結合
    され被検出ベースバンド帰還信号を生成し、被検出ベー
    スバンド帰還信号を入力に印加する帰還ループ；および 前記入力と前記線形増幅器とに結合され、前記帰還ルー
    プが前記ベースバンド入力信号の位相を180度以上シフ
    トさせるすべての周波数において、前記線形増幅器の開
    ループ利得を１以下の値まで低減させる安定化手段； によって構成されることを特徴とする送信機。
  2. 【請求項２】前記安定化手段はローパス・フィルタであ
    ること特徴とする請求項１記載の送信機。
  3. 【請求項３】前記安定化手段は演算増幅器であることを
    特徴とする請求項１記載の送信機。
  4. 【請求項４】前記ローパス・フィルタは積分器であるこ
    とを特徴とする請求項２記載の送信機。
  5. 【請求項５】同相および直交ベースバンド入力信号を受
    信する入力を有する送信機において： 同相および直交ベースバンド入力信号を受信すべく結合
    され、被変調搬送周波数信号を与える変調器； 前記変調器に結合され、前記被変調搬送周波数信号を増
    幅し、搬送周波数の出力信号を与える線形増幅器であっ
    て、開ループ利得を有する線形増幅器； 帰還検出器から成る帰還ループであって、前記搬送周波
    数の出力信号を受信すべく結合され、かつ、入力手段に
    結合され、検出されたベースバンド同相および直交帰還
    信号を入力手段に与える帰還ループ； 前記帰還検出器に結合され、検出された前記ベースバン
    ド同相帰還信号をベースバンド同相入力信号と位相をず
    らして合成して、同相差信号を与え、かつ、検出された
    前記ベースバンド直交帰還信号をベースバンド直交入力
    信号と位相をずらして合成して、直交差信号を与える帰
    還合成器；および 前記同相および直交差信号を受信すべく結合され、か
    つ、前記線形増幅器に結合されて、前記帰還ループがベ
    ースバンド入力信号の位相を180度以上シフトさせるす
    べての周波数において、前記線形増幅器の開ループ利得
    を１以下の値まで低減させる安定化手段； によって構成されることを特徴とする送信機。
  6. 【請求項６】前記安定化手段は一対のローパス・フィル
    タであることを特徴とする請求項５記載の送信機。
  7. 【請求項７】前記安定化手段は一対の演算増幅器である
    ことを特徴とする請求項５記載の送信機。
  8. 【請求項８】前記各ローパス・フィルタは積分器である
    ことを特徴とする請求項６記載の送信機。
  9. 【請求項９】入力，出力および帰還ループを有する線形
    増幅器用の利得／位相補正方法において： （ａ）入力においてベースバンド入力信号を受信する段
    階； （ｂ）被変調搬送周波数信号を与える段階； （ｃ）開ループ利得を有する線形増幅器を用いて、被変
    調搬送周波数信号を増幅して、搬送周波数出力信号を生
    成する段階； （ｄ）増幅された前記被変調搬送波出力信号を受信する
    段階； （ｅ）検出されたベースバンド帰還信号を生成する段
    階； （ｆ）前記帰還ループを用いて、検出された前記ベース
    バンド信号を入力に印加する段階； （ｇ）前記帰還ループが前記ベースバンド入力信号の位
    相を180度以上シフトさせるすべての周波数に対して、
    前記線形増幅器の開ループ利得を１以下の値まで低減す
    ることにより、前記線形増幅器の不安定性を防止する利
    得／位相と周波数との間の特性を生成する段階； によって構成されることを特徴とする利得／位相補正方
    法。
  10. 【請求項１０】入力，出力および帰還ループを有する線
    形増幅器用の利得／位相補正方法において： （ａ）入力において同相および直交ベースバンド入力信
    号を受信する段階； （ｂ）変調された搬送周波数の同相および直交信号を与
    える段階； （ｃ）前記変調された搬送周波数の同相および直交信号
    を増幅して、出力信号を生成する段階； （ｄ）搬送周波数出力信号を受信する段階； （ｅ）検出されたベースバンド同相および直交帰還信号
    を生成する段階； （ｆ）前記検出されたベースバンド同相および直交帰還
    信号を帰還ループを介して入力に印加する段階； （ｇ）同相帰還信号を同相入力信号と位相をずらして合
    成して、同相差信号を与える段階； （ｈ）前記検出されたベースバンド直交帰還信号を検出
    されたベースバンド直交入力信号と位相をずらして合成
    して、直交差信号を与える段階； （ｉ）前記同相および直交差信号を受信する段階；およ
    び （ｊ）帰還ループがベースバンド入力信号の位相を180
    度以上シフトさせるすべての周波数に対して、前記線形
    増幅器の開ループ利得を１以下の値まで低減することに
    より、前記線形増幅器の不安定性を防止する利得／位相
    と周波数との間の特性を生成する段階； によって構成されることを特徴とする利得／位相補正方
    法。
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